本实用新型涉及一种注水细颗粒密实圈形成机理试验装置，尤其适用于采矿工程领域中井筒破裂防治技术。
背景技术：
黄淮地区自1987年以来煤矿立井发生破坏已达上百个，给煤矿安全生产带来巨大的威胁和经济损失。井筒破坏的机理为厚松散冲积层底部含水层由于采动影响使水位逐渐下降，导致上覆土层固结压缩，在压缩过程中井壁内产生竖直向下的压应力，即为附加应力。当压应力大于井壁强度时，井筒发生破坏。基于井筒破裂的机理，国内专家提出了井圈加固井壁、套壁加固、开卸压槽、地层注浆和地面注水稳定水位法(简称注水法)等防治方法，前四种传统方法不仅费时费力，而且在井筒治理后又出现了多次破裂的情况，使治理成本增加。
注水法是近几年新兴的方法，在工业试验期间达到了预期效果。然而随着注水工程的进行，出现注水困难的情况。注水段地层为松散冲积含水砂层且夹杂一定比例的细颗粒。分析认为在注水过程中，透水花管周围一定范围内，砂土的运移形成了密实结构，使地层渗透系数逐渐减小，导致注水流量减小，注水效果减弱。
由于地下工程的隐蔽性，如何探索注水过程中细颗粒密实圈形成机理变得尤为重要。因此，有必要寻求一种注水细颗粒密实圈形成机理试验装置，来掌握黏粒密实圈的形成过程。
技术实现要素：
为解决上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种注水细颗粒密实圈形成机理试验装置，以探索黏粒密实圈的形成机理。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种注水细颗粒密实圈形成机理试验装置，采用有机玻璃加工2个带法兰的等长有机玻璃圆柱体，每个圆柱体中间留有接口用以安装压力表，2个带法兰的等长有机玻璃圆柱体通过橡胶垫片和螺栓连接，组成主体模型。在主体模型内的一端放入滤纸，然后装入不同粒径的砂土和一定比例的粘土粉用来模拟注水地层，粘土粉用来模拟含水层中一定比例的细颗粒。细颗粒的粒径小于0.075mm。将筛好的砂土和粘土粉在装入前均匀混合。主体模型在滤纸端连接塑料管作为出水管，另一端连接塑料管作为注水管，注水管上连接注水加压装置。通过调节注水加压装置向装满土体的主体模型内注水，水流通过土体到滤纸再到出水管，出水管侧通过集水箱来收集排出来的水，每隔一段时间用量筒记下收集的出水量。试验结束时，取注水端和出水端的土样，通过粘土或砂土渗透仪分析两端土样的渗透系数，分析细颗粒密实圈形成的机理。
本实用新型的有益效果是，试验操作简单易行，工程量小，试验效果直观，可用于教学演示。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型一种注水细颗粒密实圈形成机理试验装置进行描述和说明。
图1为本实用新型注水细颗粒密实圈形成机理试验装置的主视图。
图2为本实用新型主体模型的示意图。
图中1.注水加压装置，2.塑料管，3.盖板，4.带法兰的等长有机玻璃圆柱体，5.橡胶垫片， 6.螺栓，7.压力表，8.主体模型，9.集水箱，10.底座支架。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步说明。
在图1中，2个带法兰的等长有机玻璃圆柱体(4)通过橡胶垫片(5)和螺栓(6)连接，并在每个带法兰的等长有机玻璃圆柱体(4)中间接口安装压力表(7)，使之形成主体模型(8)。在主体模型一侧加上盖板(3)，在主体模型(8)内盖板侧放置滤纸，然后将不同粒径的砂土、一定比例的粘土粉填入主体模型(8)内用以模拟注水地层，粘土粉用来模拟含水层中一定比例的细颗粒。在滤纸所在端的另一端连接盖板(3)，将填满土体的主体模型(8)平放在4个底座支架(10)上，使之保持平稳。主体模型(8)在滤纸所在端的另一端连接塑料管(2) 作为注水管，注水管的连接注水加压装置(1)，用于控制注水压力。在滤纸端连接塑料管作为出水管，滤纸用于防止细颗粒流失，出水管段连接集水箱(9)，用于收集试验排出的水，每隔一段时间用量筒记下出水流量。
一种利用本实用新型的装置进行密实圈形成过程的模拟试验，方法是：
第一步试验设计。根据现场实际情况，确定模拟用的主体模型(8)的长度，确定模拟注水地层砂土粒径的组成和细颗粒的比例。
第二步装入模拟材料，连接装置各部分。在主体模型(8)内出水管侧放入滤纸，将砂土和一定比例的粘土粉装入主体模型(8)中，装入前筛好的砂土和一定比例的细颗粒混合均匀。主体模型(8)两端连接好盖板(3)平放在2个底座支架(10)上，使主体模型(8)保持平稳。按注水过程装置连接顺序依次为：注水加压装置(1)连接塑料管(2)作为注水管，注水管的连接带有盖板(3)的主体模型(8)、主体模型(8)另一端连接塑料管(2)作为出水管，出水管的另一端连接集水箱(9)。
第三步模拟注水过程密实圈的形成。调节注水加压装置(1)，设置注水压力，使水流慢慢渗入土体直至土体饱和后滴水一段时间，记下该压力下压力表随时间的变化，并在滴水后每隔一定时间用量筒计算滴水流量。试验结果后，取两端土体试样，用粘土或砂土渗透仪获取两端土体的渗透系数，综合分析细颗粒密实圈的形成机理。重复上述过程，设置不同的压力大小以及细颗粒的比例，可得到不同压力下、不同黏粒比例密实圈形成的过程。
第四步试验台整理。试验完成后，断开装置各个部分，拆下主体模型(8)，分类处理，方便下次使用。